銀河を放浪するブラックホール、宇宙進化の謎を解く鍵に
宇宙を何十億年も彷徨い続けるブラックホールが存在する。超大質量ではなく、特定の銀河に束縛されず、広大な宇宙空間を漂うこの「放浪者たち」について、イェール大学とテキサス大学ノースカロライナ校の研究チームが新たな仮説を提示した。これらの放浪ブラックホールは、もともと銀河中心に位置していた超大質量ブラックホール（SMBH）が銀河衝突によって放り出されたものである可能性があるというのだ。
この研究を主導したのはイェール大学天文学科のPh.D.候補者エマ・ジェーン・ウェラー（Emma Jane Weller）であり、イェール大学物理学教授で天文学科長のプリヤムヴァダ・ナタラジャン教授、そしてイェール大学およびテキサス大学ノースカロライナ校のポスドクコーリン・J・バークが参画した。ナタラジャン教授はハーバード大学ブラックホール・イニシアティブの主任調査員も務める。研究成果は『The Astrophysical Journal Letters』に掲載された。
宇宙シミュレーションから見えた放浪ブラックホールの正体
研究チームはASTRID（高分解能宇宙論シミュレーション・スイート）を用いて、宇宙の進化を追跡した。このシミュレーションは恒星、暗黒物質、ガス、ブラックホールの挙動を初期宇宙から現在まで約12.6億年にわたってモデル化している。対象とした銀河は1000万から1兆の太陽質量を持つものまで、幅広い範囲に及んだ。
ASTRIDの重要な特徴は、ブラックホールを銀河中心に自動配置しないという点だ。代わりに、周囲の重力場がブラックホールをいかに移動させるかをモデル化し、どのブラックホールが銀河中心に安定して存在し、どれが放浪しているかを区別できるようにした。結果として、低質量銀河ほど放浪ブラックホールが生成される傾向が顕著であることが明らかになった。重力の弱い環境では、ブラックホールが銀河中心に留まりにくいためと考えられる。
ブラックホールが記録する銀河の歴史
ウェラーは「銀河中心のブラックホールに加えて、放浪ブラックホールを考慮することは、大質量ブラックホールの起源と力学、そして母銀河の履歴を理解するために不可欠である」とコメントしている。
ASTRIDシミュレーションからは興味深い知見も得られた。低質量銀河は数十億年の合体を経ても、初期の「種」ブラックホールについての情報を保持しているという。また、新星形成が停止した低質量銀河には銀河中心にブラックホールが存在する可能性が高いのに対し、依然として新星を形成中の銀河では放浪ブラックホールが存在する傾向があるとわかった。
ナタラジャン教授は「黒い鍵穴は単なる誕生の事情以上の情報を記録している。現在の位置は、母銀河に起きたすべてのことの痕跡を留めている」と述べ、「銀河中心のブラックホールと放浪するものを分離することで、この二つの歴史を分け始めることができる」とした。
今後の観測戦略として、深部X線観測、光学赤外線分光観測、電波天文学、そしてブラックホールが星を貪る際の一時的な「フレア」を検出する方法が挙げられている。ウェラーは「これらの方法はそれぞれ個別の集団を探査できる。シミュレーション結果と観測を組み合わせることで、ブラックホール形成と銀河進化の痕跡を特定できる可能性がある」と指摘している。
出典: Universe Today
